Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Программа курса для студентов I курса геологического факультета МГУ

Представление о дифференциации и интеграции естественных наук. Предмет и задачи химии. Роль химии как производительной силы общества. Химия и геология. Теория и законы химии и их значение для наук о Земле.

Атомно-молекулярное учение. Материя и движение. Формы существования материи и движения. Взаимосвязь массы и энергии. Становление химии как науки и развитие научных представлений. Стехиометрические законы. Современное состояние атомно-молекулярного учения. Нестехиометрические соединения. Газовые законы.
Квантовомеханическая теория строения атома. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева. Теория строения атома. Квантовые числа. Форма и ориентация орбиталей. Принцип Паули. Правило Хунда. Энергетические уровни электрона в атоме. Электронные структуры атомов различных элементов. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Место элемента в периодической системе как его важнейшая характеристика. Физический смысл периодического закона. Периодические и непериодические свойства элементов. Особенности электронного строения атомов элементов главных и побочных подгрупп.
Радиоактивность. Ядерная модель атома. Строение ядра. Радиоактивный распад a- и b-типа, электронный захват, спонтанное деление ядер. Закон Мозли и его связь с периодической системой элементов. Явление изотопии. Стабильные и нестабильные изотопы. Радиоактивность и геохронология. Проблемы ядерной энергетики. Ликвидация последствий крупномасштабных аварий. Радиоактивные отходы: методы переработки и захоронения.
Химическая связь. Строение и свойства вещества. Характеристики взаимодействующих атомов: эффективный радиус, ионизационный потенциал, сродство к электрону. Электроотрицательность. Основные характеристики химической связи: длина, энергия, валентные углы. Полярность и дипольный момент связи. Основные типы химической связи. Свойства соединений с ковалентной и ионной связью.
Квантовомеханические методы трактовки ковалентной связи. Метод валентных связей (ВС). Направленность и насыщаемость связи с позиции метода ВС. Орбитальные диаграммы. Сигма- и пи-связи. Гибридизация орбиталей. Одинарные и кратные связи.
Метод молекулярных орбиталей (МО ЛКАО). Связывающие, несвязывающие и разрыхляющие орбитали. Энергетические диаграммы. Порядок связи. Строение гомоядерных молекул I и II периодов. Изоэлектронные молекулы. Металлическая связь. Понятие о зонной теории твердого тела. Проводники, полупроводники, диэлектрики. Водородная связь.
Комплексообразование. Координационная теория Вернера. Классификация и номенклатура комплексных соединений. Изомерия комплексных соединений. Донорно-акцепторный механизм образования связи в комплексах. Квантовомеханические методы трактовки химической связи в комплексных соединениях (метод ВС). Межмолекулярное ван-дер-ваальсово взаимодействие: ориентационное, индукционное, дисперсионное.
Агрегатное состояние вещества: твердое, жидкое, газообразное, плазменное.
Кристаллическое состояние. Атомные, ионные, молекулярные и металлические решетки. Дефекты кристаллической решетки.
Энергетика химических процессов. Понятие термодинамической системы. Внутренняя энергия и энтальпия вещества. Теплота химической реакции. Закон Гесса. Энтропия. Направление химической реакции. Энергия Гиббса. Стандартные условия. Основные законы термодинамики. Теплота образования и теплота сгорания вещества на примерах образования оксида серы (IV) при выплавке серных руд и при сжигании серосодержащих топлив и образования оксидов азота в двигателях внутреннего сгорания. Источники теплового загрязнения окружающей среды.
Химическая кинетика. Катализ. Химическое равновесие. Химическая кинетика. Классификация химических реакций. Скорость химической реакции. Константа скорости. Порядок и молекулярность реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации. Уравнение Аррениуса. Цепные и фотохимические реакции. Фотосинтез биомассы на земле. Каталитические реакции. Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятие о механизме каталитических реакций. Автокатализ. Ферментативный катализ. Гомогенно-каталитический вариант самоочищения водоемов.
Химическое равновесие. Принципиальная обратимость химической реакции. Практически необратимые реакции. Истинное и кажущееся равновесие. Гомогенные и гетерогенные равновесия. Константа равновесия. Смещение химического равновесия. Правило Ле-Шателье. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния. Физико-химический анализ природных систем (минералов, горных пород).
Растворы. Общие сведения о растворах. Твердые и жидкие растворы. Растворимость. Водные и неводные растворители. Химическая (гидратная) теория растворов Д.И. Менделеева. Гидраты, сольваты, кристаллогидраты, кристаллосольваты. Физическая теория растворов. Р астворы неэлектролитов. Законы Рауля. Криоскопия и эбуллиоскопия. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Осмос в природе. Почвенный раствор. Подземные и грунтовые воды.
Растворы электролитов. Кислоты, основания, соли, амфолиты. Сильные и слабые электролиты. Закон разбавления Освальда. Представления о современных теориях кислот и оснований. Оксидные и солевые расплавы как расплавленные электролиты. Применение ЗДМ к равновесию в растворах сильных электролитов. Ионная сила раствора. Активность иона. Ионное произведение воды. Водородный показатель (pH). Методы измерения pH. Гидролиз солей. Ионные уравнения реакций гидролиза. Константа и степень гидролиза. Практическое значение гидролиза. Буферные растворы, кислотность почв. Буферные свойства океана. Труднорастворимые электролиты. Равновесие раствор-осадок. Произведение растворимости.
Коллоидные растворы. Классификация дисперсных систем. Коллоидное состояние вещества. Коагуляция. Причины, вызывающие коагуляцию. Лиофильные и лиофобные коллоиды, их отличительные особенности. Строение коллоидной частицы. Коллоидное состояние в природных системах. Дисперсные системы в геоэкологии. Аэрозольные загрязнения окружающей среды (фотохимический смог).
Основы электрохимии. Окислительно-восстановительные реакции. Равновесие на границе металл-раствор. Электродные потенциалы. Водородный электрод. Уравнение Нернста. Ряд напряжений. Гальванические элементы. Электролиз. Катодные и анодные процессы при электролизе растворов и расплавов. Электролиз в промышленности.
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Важнейшие окислители и восстановители. Степень окисления. Ионно-электронный метод составления уравнений ОВР. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы. Направление ОВР. ОВР в природе и промышленности. Eh природных систем. Применение ОВР в аналитической химии (редокс-методы). Химическое потребление кислорода (ХПК) как метод оценки степени загрязнения вод. Перманганатная и дихроматная окисленность.
Химическая экология и охрана окружающей среды. Общая характеристика биосферы. Экосистемы и экологические равновесия. Биофильные элементы и их круговороты.
Глобальные круговороты углерода и воды. Круговорот энергии в биосфере. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии в биосфере. Связь принципов термодинамики с экологией. Химическая экология и ее место в проблеме охраны окружающей среды. Основные загрязнители окружающей среды и их источники. Мониторинг окружающей среды. Физико-химические методы борьбы с загрязнением окружающей среды. Земная кора как элемент экологической среды. Изменения геологической среды под влиянием антропогенных факторов. Охрана геологической среды.

Основные принципы классификации химических элементов: s-, p-, d- и f-элементы. Распространенность элементов в природе. Понятие о кларках элементов. Редкие и рассеянные элементы. Взаимосвязь кларков элементов в периодической системе.
Водород. Положение водорода в периодической таблице. Строение атома, степени окисления, физические и химические свойства водорода. Соединения водорода с металлами и неметаллами. Гидриды. Способы получения, практическое применение водорода. Атомарный водород. Вода. Строение молекулы. Роль воды в природе. Мировой океан. Дефицит пресной воды. Проблемы опреснения и очистки воды. Физические и химические свойства воды. Ассоциация молекул воды. Аномалии свойств воды. Диаграмма состояния воды. Химически связанная вода. Клатраты. Лед, его структура. Геологическая деятельность льда.
Галогены. Строение атомов галогенов. Природные соединения галогенов. Степени окисления и химические свойства галогенов. Фтор, получение и свойства. Фтороводород, плавиковая кислота, фториды. Хлор. Отличие химии хлора от химии фтора. Применение хлора. Хлороводород, хлориды. Гидролиз хлора. Кислородные соединения хлора. Реакции диспропорционирования. Бром, иод как аналоги хлора. Бромоводород, иодоводород, бромиды, иодиды. Кислородные соединения брома и иода. Хлорирование как метод очистки питьевой воды. Влияние фреонов и хлора на озонный защитный слой.
Кислород. Строение атома, степени окисления, химические и физические свойства кислорода. Озон. Получение озона и кислорода, их применение. Роль озона в биосфере. Оксиды, их классификация. Закономерности в изменении свойств оксидов и гидроксидов в периодах и группах периодической системы Д.И. Менделеева.
Пероксид водорода, его строение, свойства, способы получения, практическое применение. Окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода. Пероксид водорода, кислород и озон как экологически чистые окислители. Их роль в самоочищении окружающей среды.
Халькогены. Строение атомов, степени окисления, распространенность в природе, химические свойства халькогенов. Сера как элемент земной коры. Сероводород, сероводородная кислота, ее соли. Растворимость сульфидов металлов в воде и минеральных кислотах. Сульфидный метод разделения катионов в аналитической химии. Полисульфиды. Соединения серы с галогенами. Кислородные соединения серы. Серная кислота и сульфаты в народном хозяйстве. ОВР с участием соединений серы. Соединения серы как основные загрязнители биосферы. Кислотные дожди и их влияние на качество окружающей среды.
Азот, фосфор. Строение атомов, степени окисления и химические свойства азота и фосфора. Азот в природе, круговорот азота. Соединения азота. Аммиак, нитриды, их химические свойства. Гидроксид аммония, соли аммония, производство аммиака. Кислородные соединения азота. Азотная кислота, нитраты. Термические свойства нитратов. Экологические аспекты применения нитратов.
Фосфор и его соединения. Природные соединения фосфора. Аллотропия фосфора. Фосфиды. Соединения фосфора с водородом. Кислородные соединения фосфора. Растворимость и гидролиз фосфатов. Агрохимическое значение соединений фосфора, фосфорные удобрения, их производство. Роль фосфорных удобрений в эвтрофикации водоемов.
Углерод, кремний. Строение атомов, степени окисления, химические свойства. Аллотропия углерода. Кислородные соединения углерода, их роль в природе и использование. Парниковый эффект. Угольная кислота, карбонаты, их роль в литосфере. Круговорот углерода в природе. Карбиды. Карбамид. Цианистоводородная кислота, цианиды.
Кремний. Распространенность в природе. Соединения с водородом, силаны. Диоксид кремния. Кремниевые кислоты, их соли. Силикаты в природе. Неорганические полимеры. Стекла, стеклокристаллы.
Бор. Нахождение в природе, получение, химические свойства. Оксид бора, борные кислоты, бораты. Бура. Бороводороды. Соединения с дефицитом электронов. Бориды металлов.
Общие свойства металлов. Физические и химические свойства металлов. Электрохимическая и газовая коррозия металлов и проблемы охраны окружающей среды. Методы защиты металла от коррозии. Металлы и сплавы в народном хозяйстве. Микроэлементы. Тяжелые металлы и загрязнение окружающей среды.
Щелочные металлы. Свойства щелочных металлов. Гидриды. Оксиды и гидроксиды. Соли щелочных металлов. Соединения щелочных металлов в народном хозяйстве. Щелочной метод разделения катионов в аналитической химии.
Бериллий, магний, щелочноземельные металлы. Общая характеристика подгруппы. Бериллий, его оксид и гидроксид. Бериллаты. Магний, его природные соединения. Получение и применение магния. Химические свойства магния. Оксид, гидроксид, соли магния.
Щелочноземельные металлы, нахождение в природе, получение и свойства. Оксиды, гидроксиды, соли щелочноземельных металлов. Жесткость природных вод и методы ее устранения. Известкование и гипсование почв. Вяжущие вещества. Гипс. Цемент. Различие в солевом составе океанических и пресных вод (жесткость воды).
Алюминий. Физические и химические свойства алюминия. Его нахождение в природе. Амфотерность гидроксида алюминия. Гидролиз солей алюминия. Алюмосиликаты как породообразователи. Кислотные дожди и выщелачивание пород.
Химия переходных элементов (3d-элементов). Электронная структура атомов. Минералы переходных элементов. Физические свойства простых веществ. Степени окисления. Закономерности в изменении свойств оксидов и гидроксидов в различных степенях окисления. Переходные элементы как комплексообразователи. Общая характеристика элементов подгрупп титана и ванадия. Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов. Титанаты. Ванадаты. Применение простых веществ и соединений. Общая характеристика элементов подгруппы хрома. Физические и химические свойства хрома. Оксиды и гидроксиды хрома. Соединения хрома(II) и (III). Оксид хрома(IV). Хромовые кислоты, хроматы, дихроматы, их окислительная активность. Важнейшие соединения молибдена и вольфрама. Подгруппа марганца. Марганец, степени окисления, кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов. Марганцовистая и марганцовая кислоты, манганаты и перманганаты, их окислительная активность. Общая характеристика элементов VIII группы. Железо, оксиды и гидроксиды, их свойства. Комплексные соединения железа. Важнейшие соединения кобальта и никеля. Общая характеристика элементов подгрупп меди и цинка. Медь, физические и химические свойства, оксиды, гидроксиды, соли, комплексные соединения. Серебро, его свойства и применение. Соединения серебра. Золото, важнейшие соединения. Комплексные соединения серебра и золота. Цинк, его оксид и гидроксид, их свойства. Ртуть, важнейшие соединения. Амальгамы. Ртуть и ее соединения как загрязнители почв и водоемов.
Радиоактивные элементы. Важнейшие представители семейства урана-радия. Характеристика радиоактивных элементов семейства тория и актиния. Ядерная энергетика. Радиоактивные загрязнения окружающей среды. Применение меченых атомов.

Стандарты чистоты химических веществ. Химические и физические методы разделения и очистки веществ. Распределительная хроматография. Метод экстракции. Зонная очистка. Аналитическая химия. Качественный и количественный анализ. Понятие об аналитических группах катионов и анионов. Физико-химические методы анализа. Физические методы исследования строения вещества.

Основные виды химических производств. Отходы химических производств, загрязняющие окружающую среду. Химические и физические методы защиты биосферы от загрязнения. Химическая экология. Методы контроля чистоты окружающей среды.